第一章
第一节 1.2 气柱静压力 真实气体的状态方程
油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
m pV = znRT = z RT M
z 是衡量真实气体偏离理想气体程度的物理量
m pM pM ρ= = = V zRT 80.3 zT
第一章
第一节 1.2 气柱静压力
油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
侵入流体体积大于对应钻铤的 环空总体积
⎛ L3 ⎞ ⎟C 2 Lk = L3 + ⎜Vk − ⎜ C3 ⎟ ⎠ ⎝
L3：钻铤长度 C2:对应钻杆环空体积（单 位体积长度）
第一章
第一节
油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
1.4 井控操作中的环空压力 1.4.1 井涌识别
pdc + 0.052[ ρ m ( D − Lk ) + ρ k Lk ] = pdp + 0.052 ρ m D
第一章
油气井井筒压力计算
内容回顾
绪论
油气井工程在石油工业中的重要地位 油气井流体力学的重要性
井筒中静压力及其计算
液柱静压力 气柱静压力 复杂液柱中的流体静压力
第一章
第一节
油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
1.3复杂液柱中的流体静压力 侵入钻井液中的其它物质的影响 ：
n n
ρ=
∑m ∑V
i =1 i =1 n
考虑气柱时压力的变化
0.052 pM dp = dD 80.3 zT
气柱内z值的变化不是很大，我们可以将z 视为常数
M ( D − D0 ) 1, 544 zT
p = p0 e
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第一节 1.2 气柱静压力
油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
例1.1 垂直井深为10,000ft的直井中，钻杆内充满了甲烷气体（分子量为 16），环形空间内充满了9.0 Ib/gal的矿化水。假设气体为理想气体，套 压为1,000psi，理想气体的温度为华氏140度，试算出在10,000ft深处管 外与管内压力差值。若钻杆的屈服极限为8,330 psi，圆管是否会由于压 力过高而被破坏？ 解：
井筒中静压力及其计算
1.3复杂液柱中的流体静压力 泥浆当量密度：
p ρe = 0.052 D
例1.4： 计算例1.3中水泥完全从套管中清除出去后，静态井内条件下10000 ft深度 处的当量密度。 解：
p = 0.052(9.0)(10,000) + 1,266 = 5,946 psi
ρe =
5,946 = 11.4 lb / gal 0.052(10,000)
1.3复杂液柱中的流体静压力
p1 = 0.052 ρ1 ( D1 − D0 ) + p0
p2 = 0.052 ρ 2 ( D2 − D1 ) + 0.052 ρ1 ( D1 − D0 ) + p0
p = p 0 + 0.052∑ ρ i ( Di − Di −1 )
i =1
n
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油气井井筒压力计算
( 2.8)(0.464) = 0.081 mol / min 16
每gal钻井液中含有气体量为：
0.081 Nv = = 0.000231 mol/gal 350
a = 0.052[14.057 + 16(0.000231)] = 0.7312
b = (1)( 0.000231)(80.3)( 620) = 11.5
i
=
∑ρV
i =1 n
i i
i
∑V
i =1
= ∑ ρi fi
i =1
n
i
由于气泡的存在钻井液的密度变小的现象称为气侵。 若Nv摩尔气体分散在1gal的钻井液中，则液柱中某一给定点气体的体积 分数可表示为：
fg
zN v RT p = zN v RT 1+ p
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油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
侵入流体密度 ：
ρk = ρm −
pdc − pdp 0.052 Lk
侵入流体密度小于4lb/gal，气体侵入； 侵入流体密度大于8lb/gal， 液体侵入。
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油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
1.4 井控操作中的环空压力 1.4.1 井涌识别
混入侵入流体的最小泥浆体积：
Vm = qt d
固体钻屑进入钻井液的速率为：
3.31(1 − 0.2) = 2.65 gal / min
地层水进入钻井液的速率为：
3.31(0.2)(0.3) = 0.2 gal / min
钻屑和地层水侵入后的钻井液的密度为：
ρ=
14(350) + 21.9(2.65) + 9(0.2) = 14.057 lb / gal 350 + 2.65 + 0.2
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油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
1.3复杂液柱中的流体静压力 侵入钻井液中的其它物质的影响
因此，由于地层物质侵入泥浆而产生的流体静压力变化为：
Δp = 8,716 − 8,751 = −35 psi
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第一节
油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
1.4 井控操作中的环空压力
井涌：地层流体进入井内称为井涌。
油气井流体力学
王 小 秋
中国石油大学（北京）
油气井流体力学
• 共32学时 • 平时成绩30%，考试成绩70%
联系方式 tel:89734958/3986 E-mail:wangxiaoqiu1971@
绪
论
油气井工程在石油工业中的重要地位
获得油气的生产通道 各种措施的施工场所
油气井流体力学的重要性
主要 内容
惯性影响
第一章
第一节
油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
第一章
第一节 1.1 液柱静压力
油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
dp ⎛ ⎞ pA − ⎜ p + ΔD ⎟ A + ρ AΔ D = 0 dD ⎝ ⎠
p = ρD + p0
p = 0.052 ρD + p0
1gal(us)=0.0038m3=3.7854L=0.1337ft3 1lb=0.4536kg 1psi=6894.7570Pa=0.0680atm
井筒中静压力及其计算
1.3复杂液柱中的流体静压力 例1.2 现要往10,000ft深处的套管中注水 泥，套管中现有10.5lb/gal的泥浆。固井 的过程就是用（1）300ft 的8.5lb/gal的泥 浆，（2）1,700ft的12.7lb/gal的填充水泥 浆（3）1,000 ft的16.7lb/gal的高强水泥 浆去替换掉原来套管中的泥浆。再用 9lb/gal的盐水清除套管中的高强度水泥 浆，试计算将井中泥浆全部清除所需的泵 压。 解：
p = 14.7 + 0.052(14)(12,000) = 8,751 psi
钻屑产生：
⎡ π (9.875) 2 ⎤⎛ 7.48 ⎞ 50⎢ ⎟ = 3.31 gal / min ⎥⎜ ⎣ 4(144) ⎦⎝ 60 ⎠
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第一节
Hale Waihona Puke 油气井井筒压力计算井筒中静压力及其计算
1.3复杂液柱中的流体静压力 侵入钻井液中的其它物质的影响
第一章
第一节
油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
1.4 井控操作中的环空压力 1.4.1 井涌识别
侵入流体体积小于对应钻铤的 环空总体积
Lk = Vk C3
Lk：侵入区长度 VK：侵入体积 C3:对应钻铤环空体积（单 位体积长度）
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油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
1.4 井控操作中的环空压力 1.4.1 井涌识别
q：泵的排量； td：停泵和关闭井喷预防阀前的井涌 检测时间。 井涌污染区体积：
Vk = G + qt d
第一章
第一节
油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
1.4 井控操作中的环空压力 1.4.1 井涌识别
例1.6 若井深为10,000ft，泥浆密 度为9.6 lb/gal，泥浆循环排量为 8.5 bbl/min，在停泵和关闭防喷器 前3分钟内泥浆池中增加20 bbl泥 浆，当压力平稳后，记录下钻杆压 力为520psi，环形空间压力为 720psi。若钻杆相对应的环形空间 的容积为12.9 ft/bbl，900ft处，钻 铤相对应的环形容积为28.6 ft/bbl，钻杆的总容积为130 bbl， 试计算侵入流体密度。.
钻井工程的流体力学 完井工程的流体力学 采油工程的流体力学 增产措施采取
绪
油气井井筒压力计算（5） • 井筒静压力及其计算 • 作用在钻柱上的浮力 • 井筒的波动压力 非牛顿流体流动（5） • 非牛顿流体的流变特性
论
主 要 内 容
• 拟塑性流体在圆管中的层流流动 • 宾汉流体在圆管中的层流流动 • 粘弹性流体在圆管中的不稳定流动 • 触变性流体在圆管中的层流流动 • 拟塑性流体在环空中的层流流动 • 非牛顿流体在圆管中的湍流流动
论
主 要 内 容
• 水平井筒单相流体变质量流动模型推导 • 壁面摩擦系数确定方法 • 壁面摩擦系数确定模型 • 多相流研究介绍
第一章
液柱静压力 气柱静压力
油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
复杂液柱中的流体静压力 侵入钻井液中的固体和液体的影响 井控操作中的环空压力 作用在钻柱上的浮力 浮 力 计算轴向应力 浮力对弯曲的作用 井筒中波动压力 层 紊 流 流